Exploring the Role of Large Organic Cations in Halide Perovskite Nanocrystal Formation and Surface Passivation

Abstract

Kurşun halojenür perovskit nanokristalleri, kusur toleransı, tüm görünür spektrumda ayarlanabilir bant aralıkları, sentez kolaylığı, yüksek fotolüminesans kuantum verimleri, hızlı radyasyon oranları gibi mükemmel özellikleri nedeniyle son on yılda büyük ilgi görmüştür. Perovskit nanokristalleri, ışık yayan diyotlar, fotodedektörler ve kuantum teknolojileri için cihazlar gibi optoelektronik cihazlar için büyük bir gelecek vaat etmektedir. Geleneksel perovskit nanokristalleri, perovskit kafesinin A-bölgesinde Sezyum (Cs), metilamonyum (MA) ve formamidinyum (FA) katyonlarını içerebilir. Bu tezde, daha büyük katyonların, özellikle guanidinyum (GA) ve etilamonyumun (EA) perovskit yapısı üzerindeki etkisini araştırdık. İlk bölümde kolloidal nanokristaller tanıtılmakta ve halide perovskit nanokristallerinin temelleri verilmektedir. İkinci bölümde saf L2[GAPbI3]PbI4 Ruddlesden-Popper perovskitlerinin ve FA ile alaşımlarının sentezi ve optik özellikleri sunulmaktadır. Üçüncü bölümde, oda sıcaklığında guanidinyum kaynaklı CsPbX3 (X = Cl, Br) nanoküplerinin oluşumunu açıklıyoruz. GA, büyük iyonik yarıçapı nedeniyle APbX3 kafeslerine sığamaz ancak ekstra amino grupları aracılığıyla perovskit yüzeylerini etkili bir şekilde pasifleştirir. Son bölümde, daha önce hiç bildirilmemiş bir malzeme olan EAPbI3 perovskit nanokristallerinin sentezini ve karakterizasyonunu bildiriyoruz. Perovskit ailesinin yeni üyesi, 6,43 Å'lik dikkate değer derecede büyük bir kafes sabitine sahiptir. Fotolüminesans (PL) emisyonu, nanokristal boyutunu ayarlayarak 664–690 nm aralığında ayarlanabilir. Bu bulgular, büyük organik katyonların hem perovskit nanokristallerinin kafes hem de yüzey özelliklerini ayarlamadaki potansiyellerini göstermektedir.

Lead halide perovskite nanocrystals have received great attention during the last decade due to their excellent properties such as defect tolerance, tunable bandgaps in the entire visible spectrum, ease of synthesis, near unity photoluminescence quantum yields, fast radiative rates. Perovskite nanocrystals hold great promise for optoelectronic devices such as light-emitting diodes, photodetectors, and devices for quantum technologies. Traditional perovskite nanocrystals can incorporate Cesium (Cs), methylammonium (MA), and formamidinium (FA) cations at the A-site of the perovskite lattice. In this dissertation, we explore the influence of larger cations, specifically guanidinium (GA) and ethylammonium (EA), on the perovskite structure. The first chapter introduces colloidal nanocrystals and provides the fundamentals of halide perovskite nanocrystals. The second chapter presents the synthesis and optical properties of pure L2[GAPbI3]PbI4 Ruddlesden-Popper perovskites and their alloys with FA. In the third chapter, we describe the guanidinium-induced formation of CsPbX3 (X = Cl, Br) nanocubes at room temperature. GA cannot fit into APbX3 lattice due to its large ionic radius but efficiently passivates perovskite surfaces via its extra amino groups. In the final part, we report the synthesis and characterization of EAPbI3 perovskite nanocrystals as a material EAPbI3 perovskite had never been reported. The new member of the perovskite family has a notably large lattice constant of 6.43 Å. Its photoluminescence (PL) emission can be tuned within the 664–690 nm range by adjusting the nanocrystal size. These findings highlight the potential of large organic cations in tuning both the lattice and surface properties of perovskite nanocrystals.